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空气源热泵缓解阿拉斯加东南部能源紧缺状况
寒冷冬天可使用
阿拉斯加州位于北美大陆西北端,东与加拿大接壤,另三面环北冰洋、白令海和北太平洋.该州拥有全美20座最高山脉中的17座,6194米的麦金利峰是北美最高峰.世界上大多数活动冰川在阿州境内,其中最大的马拉斯皮纳冰川流域面积为5703平方公里.阿拉斯加东南部的内陆走廊是冰河切割地形,有天然的原始水域、雪峰、深峡湾和森林.育空河是世界上最大的河流系统之一,具有巨大的水力发电潜能,所以阿拉斯加拥有全美17.1%的水动力能源.多年来,这里的许多城市靠水力发电取暖.但随着供需矛盾日益突出,不久前兰格尔、锡特卡和朱诺等社区开始转向其他可再生能源,以确保能够满足不断增长的能源需求.
在获取可再生能源中,居民最流行使用的是空气源热泵.作为热泵技术的一种,它有“大自然能量搬运工”的美誉,具备使用成本低、易操作、采暖效果好、安全、干净等多重优势.以无处不在的空气中的能量作为主要动力,通过少量电能驱动压缩机运转,实现能量的转移,无需复杂的配置、昂贵的取水、回灌或者土壤换热系统和专用机房,能够逐步减少传统采暖给大气环境带来的大量污染物排放,保证采暖功效的同时实现节能环保的目的.
空气源热泵由电动机驱动,利用蒸汽压缩制冷循环工作原理,以环境空气为冷（热）源制取冷（热）风或者冷（热）水.它的主要零部件包括热侧换设备、热源侧换热设备及压缩机等.空气源热泵利用空气中的热量作为低温热源,经过传统空调器中的冷凝器或蒸发器进行热交换,然后通过循环系统,提取或释放热能,利用机组循环系统将能量转移到建筑物内,满足用户对生活热水、地暖或者空调等需求.
据阿拉斯加州费尔班克斯市寒冷气候房地产研究中心 (Cold Climate Housing Research Center,CCHRC)建筑科学研究主管科林·克雷文介绍,研究表明空气源热泵完全能够在冬天寒冷的地区正常使用.关键在于空气源热泵热水机组的工程设计要考虑到不同环境和不同地区的使用水平,还要制订不同的控制程序调配方案.要能够根据不同的环境实际状况,调节适应不同环境的需求,保证机组正常除霜、正常工作.气温过低、湿度高的地区,需要加强机组通风量或采取辅助电防结冰等方式,并根据地区特点优化化霜程序,进行科学合理的精心设计和安装调配.这样,空气源热泵热水机组即使在寒冷的冬天也可以满足用户使用.
“长期以来一直认为,空气源热泵无法将处在阿拉斯加寒冷气候的房屋加热,经验法则认定它不能工作.”克雷文指出,“但事实证明它完全能够胜任,阿拉斯加空气源热泵市场出现可喜的变化.”
在气候相对温和的阿拉斯加东南部,空气源热泵的使用一直是双赢的.这意味着安装了热泵的住户可以将以前昂贵的取暖费用降下来,尽管热泵也要用电能驱动压缩机运转,但远远低于用燃油取暖人家花费的成本,而且效率高出3—4倍.空气源热泵市场在太平洋西北部发展迅速,在东亚特别是最早开发的日本和韩国等地得到广泛的实际应用.由于公用事业部门的鼓励和推广,阿拉斯加东南部越来越多的家庭和企业安装空气源热泵.
安装简单效率高
CCHRC曾经对阿拉斯加东南部以及科迪亚克和迪林厄姆空气源热泵和地源热泵的使用和限制进行研究比较.“我们发现空气源热泵相当实惠,每套售价平均大约3000美元（大约合20009人民币元）”克雷文表示,“虽然空气源热泵没有地源热泵那样有效,但是后者造价更高,这就是为什么前者更能吸引入的地方.”
地源热泵和空气源热泵在能源转换上存在很大的差异,前者采用现有的地能资源,而后者则通过空气源热泵技术将能量转化空气源热泵的主要冷热源,主要是通过吸收空气中含有的低温热能进而通过压缩机转换成为高位热能,工作原理与空调基本类似.为了能有足够的地层土壤进行蓄热,地源热泵空调系统需要有较大的用以埋入足够数量的换热管的土地面积,当然这部分面积可以深埋于地下,对占地面积不对构成太大的影响,但是地下埋管部分的成本不可避免要增加.所以地源的热泵空调系统初始投资较大,空气源热泵安装相对简单很多.”
CCHRC的统计数据表明,锡特卡在阿拉斯加东南部起了带头作用,拥有9000家的社区安装了大约80套空气源热泵系统.科迪亚克有30套、凯奇坎安装了20~25套,其他社区1 2套左右.
锡特卡公用事业部门主管克里斯·布鲁顿回忆说,201 2年1 2月首次安装空气源热泵时,对它的效率持怀疑态度.外面的温度是华氏22度,空气源热泵启动后,只过了几分钟便使热量达到华氏1 1 0度.他感叹道：“空气源热泵效率如此之高,真是令人难以置信.”
自从安装了热泵之后,布鲁顿取暖时再也没有使用燃油.他积极向亲朋好友宣传推广空气源热泵.虽然每个月的电费因用电能驱动热泵压缩机运转上升了70~90美元（大约合467~600人民币元）,但节省的燃油取暖支出却从每月400美元（大约合2668人民币元）降至100美元（大约合667人民币元）,生活热水仍然使用燃油加热器,.
在有2700人的兰格尔社区,空气源热泵倍受青睐.兰格尔地处山区,有丰富的水电资源.2006年燃油“飙升”,当局积极鼓励人们转向电阻加热,使用通电子线圈产生热量.那时候用电取暖更便宜,成本约2 80美元（大约合1 9人民币元）的电能所产生的热量换成燃油要花费5美元（大约合34人民币元）.兰格尔还有多余的水电卖给附近的凯契根,所以实施“用电取暖”项目完全有道理.
然而没想到好景不长,这个如此受欢迎的项目几年后因为电力不堪负荷而难以为继.特别是在寒冷的冬天,情况更加糟糕.用电量如此之大,社区面临两种选择：要么使用传统的昂贵柴油发电,要么转向可再生能源.兰格尔社区首先安装了一套起示范作用的空气源热泵系统,组织居民实地参观和体验,就这样热泵逐渐地得到了人们的认可. 文／本刊特约翻译李忠东编译
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